วิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิต

        ปี พ.ศ.2374 ชาลส์ ดาร์วิน นักธรรมชาติวิทยาชาวอังกฤษ ได้ล่องเรือไปยังหมู่เกาะกาลาปากอส ในมหาสมุทรแปซิฟิก ทางฝั่งตะวันตกของทวีปอเมริกาใต้ ซึ่งเป็นหมู่เกาะซึ่งเกิดขึ้นใหม่จากการประทุของภูเขาไฟใต้มหาสมุทร  ดาร์วินสังเกตว่า ทำไมสัตว์ที่พบบนเกาะแห่งนี้จึงมีลักษณะพิเศษแตกต่างจากสัตว์ประเภทเดียวกันบนผืนแผ่นดินใหญ่ เขาจึงตั้งข้อสันนิษฐานว่า สัตว์เหล่านี้มีต้นกำเนิดมาจากแผ่นดินใหญ่ และถูกน้ำพัดพาหรือบินมายังเกาะแห่งนี้ และเมื่อเวลาผ่านไปนับล้านปี มันได้ปรับตัวให้เข้ากับสิ่งแวดล้อมของเกาะ ทำให้รูปร่างลักษณะของมันแตกต่างไปจากบรรพบุรุษบนแผ่นดินใหญ่ ดาร์วินได้นำเสนอทฤษฎีวิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิตซึ่งตั้งอยู่บนพื้นฐานของข้อสังเกตสามประการคือ สิ่งมีชีวิตทั้งมวลล้วนผันแปร มีความสามารถถ่ายทอดคุณลักษณะ และดิ้นรนแข่งขันเพื่อความอยู่รอด ปัจจัยทั้งสามนี้ทำให้สิ่งมีชีวิตบางชนิดปรับตัวได้ดีกว่าชนิดอื่นๆ ซึ่งยังผลให้มันอยู่รอดปลอดภัยและแพร่พันธุ์ได้มากขึ้น  สิ่งมีชีวิตที่ปรับตัวช้าจึงคงเหลืออยู่น้อยหรือสูญพันธุ์ไป การปรับตัวที่ว่านี้เป็นไปอย่างช้าๆ แต่เมื่อเวลาผ่านไปเนิ่นนาน คุณลักษณะต่างๆ จะปรากฏมากขึ้นๆ ในรุ่นต่อไป เขาเรียกกระบวนการเช่นนี้ว่าการคัดเลือกโดยธรรมชาติ” (Natural selection)   นักวิทยาศาสตร์ในยุคปัจจุบันพบว่า กลไกที่ขับดันให้เกิดการวิวัฒนาการมี 2 สาเหตุ คือ การกลายพันธุ์ และการอยู่รอดของผู้ที่เก่งกว่า




ภาพที่ 1 ชารลส์ ดาร์วิน


การกลายพันธุ์ 


          กลไกในการสืบทอดพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิตคือ การคัดลอก DNA  โดยธรรมชาติการคัดลอกจะมีความคลาดเคลื่อน (Error) ไปบ้างเล็กน้อย จึงทำให้เซลล์เกิดความผิดพลาด เซลล์ใหม่ที่เกิดขึ้นจะมีความแตกต่างจากเซลล์ต้นกำเนิดเล็กน้อย เนื่องจากรหัสพันธุกรรมใน DNA เปลี่ยนแปลงไป คำสั่งในการสร้างโปรตีน กลไกทางเคมี และการควบคุมการทำงานของเซลล์ก็จะเปลี่ยนไปด้วย ครั้นเมื่อเซลล์รุ่นสองจะแบ่งตัวอีก มันจะกลายเป็นต้นแบบในการคัดลอกให้กับเซลล์รุ่นที่ 3 และการคัดลอกครั้งนี้ก็จะมีความคลาดเคลื่อนไปอีกเล็กน้อยด้วย ความคลาดเคลื่อนจะสะสมมากขึ้นในลักษณะรุ่นต่อรุ่น ทำให้เซลล์รุ่นที่ 3 มีความแตกต่างจากเซลล์รุ่นที่ 1 มากกว่าเซลล์รุ่นที่ 2 เมื่อเกิดการคัดลอกรุ่นแล้วรุ่นเล่านับแสนรุ่น สิ่งชีวิตในรุ่นหลังอาจมีความแตกต่างไปมากจนแทบไม่เหมือนบรรพบุรุษของมันเลย ลักษณะของการคัดลอกเช่นนี้มีลักษณะเหมือนการลอกการบ้านแล้วส่งต่อ ดังนี้ 
          1. เมื่อนักเรียนคนที่สองคัดลอกการบ้านจากเพื่อนคนแรกแล้วส่งต่อให้เพื่อนคนที่สาม คนที่สามจะคัดลอกความคลาดเคลื่อนที่คนที่สองทำไว้แตกต่างจากคนแรก
          2. เมื่อนักเรียนคนที่สามคัดลอกการบ้านจากเพื่อนคนที่สองแล้วส่งต่อให้เพื่อนคนที่สี่ คนที่สี่จะคัดลอกความคลาดเคลื่อนที่คนที่สามทำไว้แตกต่างจากคนที่สอง
          3. เมื่อนักเรียนคนที่สี่คัดลอกการบ้านจากเพื่อนคนที่สาม แล้วส่งต่อให้เพื่อนคนที่ห้า คนที่ห้าจะคัดลอกความคลาดเคลื่อนที่คนที่สี่ทำไว้แตกต่างจากคนที่สาม
          4. เมื่อนักเรียนคนที่ห้าสิบคัดลอกการบ้านจากเพื่อนคนที่สี่สิบเก้า แล้วส่งต่อให้เพื่อนคนที่ห้าสิบ คนที่ห้าสิบจะคัดลอกความคลาดเคลื่อนที่คนที่ห้าสิบทำไว้แตกต่างจากคนที่สี่สิบเก้า 


        เมื่อนำการบ้านของนักเรียนคนที่ห้าสิบมาเปรียบเทียบกับการบ้านของนักเรียนคนแรก เราจะพบว่าข้อความในการบ้านทั้งสองแตกต่างกันมากจนคิดไม่ถึงเลยว่า นักเรียนคนที่ห้าสิบลอกการบ้านต่อๆ กันมาจากนักเรียนคนแรก  ในทำนองเดียวกันในสาย DNA ของมนุษย์หนึ่งคู่ ประกอบด้วยฐานนิวโตรจีเนียสจำนวนมากกว่า 1 หมื่นล้านฐาน ในการคัดลอกหนึ่งครั้งจะมีความคลาดเคลื่อนประมาณ 10 ฐาน ความแตกต่างนี้เองทำให้ลูกหลานของเรามีคุณลักษณะบางอย่างไม่เหมือนกับบรรพบุรุษ เมื่อความคลาดเคลื่อนสะสมกันหลายแสนรุ่นซึ่งอาจใช้เวลาหลานล้านปี ก็จะเกิดสิ่งมีชีวิตสปีชีส์ใหม่ (สายพันธุ์ใหม่) เราเรียกปรากฏการณ์เช่นนี้ว่าการกลายพันธุ์” (Mutation) 


           นอกจากนั้นการกลายพันธุ์ยังอาจเกิดขึ้นจากปัจจัยภายนอกได้ด้วย  ในจักรวาลมีอนุภาคขนาดเล็กมาก เช่น นิวตริโนและรังสีคอสมิคเคลื่อนที่ผ่านโลกและตัวเราในทุกๆ ขณะ   นิวตริโนเกิดขึ้นจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันที่แก่นกลางของดวงอาทิตย์  ส่วนรังสีคอสมิคคืออนุภาคซึ่งมีอยู่ทั่วไปในจักรวาล  ในบางครั้งที่มีการระเบิดของดาวฤกษ์ (Supernova) หรือพายุสุริยะจากดวงอาทิตย์ จะเกิดอนุภาคพลังงานสูงเคลื่อนที่ผ่านโลก ซึ่งอนุภาคเหล่านี้สามารถทำลายหรือเปลี่ยนแปลงโครงสร้าง DNA ได้  และนอกจากนั้นวิทยาการสมัยใหม่ทำให้มนุษย์สามารถตัดต่อรหัสพันธุกรรมได้แล้วดังเช่นการสร้างผลไม้ไม่มีเมล็ด  ยิ่งไปกว่านั้นเตาปฏิกรณ์นิวเคลียร์หรือระเบิดปรมาณูก็ทำให้เกิดการแผ่รังสีแกมมา (Gamma rays) ซึ่งสามารถเปลี่ยนแปลงโครงสร้างพันธุกรรมได้เช่นกัน




ภาพที่ 2 วิวัฒนาการของแขนและปีก


การอยู่รอดของผู้ที่เหนือกว่า 


          ในความเป็นจริงทุกสถานที่จะมีข้อจำกัดในตัวของมันอยู่ เช่น ห้องเรียนรองรับนักเรียนได้มากที่สุด 50 คน โรงอาหารรองรับนักเรียนได้ 500 คน รถโดยสารมี 42 ที่นั่ง หากมีผู้ต้องการใช้บริการมากกว่าข้อจำกัดนี้ ก็จะเกิดการแข่งขันขึ้นโดยปริยาย ผู้ที่มาก่อนหรือผู้ที่เหนือกว่าจะเป็นผู้ที่ได้ใช้บริการ
          ระบบนิเวศในธรรมชาติก็มีข้อจำกัดเช่นกัน ผู้ชนะที่จะได้รับบริการได้แก่ ผู้ที่มีความสามารถในการหาอาหาร ป้องกันตัว หรือปรับตัวเข้ากับสิ่งแวดล้อมและภูมิอากาศที่เปลี่ยนแปลง   ตัวอย่างเช่น  เกาะแห่งหนึ่งมีอาหารจำกัดสำหรับสัตว์ 10,000 ตัว  สมมติว่าเกาะแห่งนี้มีสัตว์เพียงพันธุ์เดียว และมีอยู่ตัวหนึ่งซึ่งรหัสพันธุกรรมของมันแตกต่างไปจากสัตว์ตัวอื่น ทำให้มันมีความสามารถในการหาอาหารเก่งกว่าผู้อื่น  เมื่อมันสืบพันธุ์ลูกของมันก็จะสืบทอดคุณสมบัติในการหาอาหารเก่งเอาไว้ด้วย  เมื่อเวลาผ่านไปมีการสืบพันธุ์เกิดขึ้นหนึ่งพันรุ่น ก็จะเหลือแต่ทายาทของสัตว์ตัวนี้เท่านั้นที่ครอบครองเกาะ เนื่องจากมีแต่พวกมันทวีจำนวนขึ้นและมีความสามารถในการหาอาหารที่เหนือกว่า ทายาทของสัตว์ 9,999 ตัวในรุ่นแรก ซึ่งไม่สามารถหาอาหารสู้พวกมันได้ จึงขาดอาหารและสูญพันธุ์ไป (การสืบทอดทายาทหนึ่งพันรุ่นนั้น เป็นช่วงเวลาแค่พริบตาเมื่อเทียบกับช่วงเวลาทางธรณีวิทยาหลายร้อยล้านปี) เราเรียกเหตุการณ์เช่นนี้ว่าการอยู่รอดของผู้ที่เหนือกว่า” (Survival of the fittest)
          การศึกษาซากสิ่งมีชีวิตดึกดำบรรพ์พบว่า สิ่งมีชีวิตบางสปีชีส์อุบัติขึ้นเมื่อหลายร้อยล้านปีก่อนและยังมีสืบทอดลูกหลานให้เห็นในปัจจุบัน เราเรียกว่า ลิฟวิ่งฟอสซิล (Living fossil) เช่น ปลาดาว เต่า และแมงปอ  แต่สิ่งมีชีวิตบางสปีชีส์เคยอุบัติขึ้นในอดีตแต่ก็สูญพันธุ์ไป เช่น ไดโนเสาร์ ช้างแมมมอธ   ภาพที่ 3 แสดงวิวัฒนาการของสัตว์ตั้งแต่เมื่อ 550 ปีมาแล้วจนถึงปัจจุบัน 



ภาพที่ 3 วิวัฒนาการของสัตว์


Comments